内部爆炸载荷作用下砌体墙结构的失效规律

为了探究钢筋混凝土框架-砌体墙建筑物的内爆毁伤效应,开展了内爆载荷下砌体墙结构动力响应和失效规律研究。采用数值模拟方法,并结合理论分析,研究了不同当量内爆载荷下砌体墙的失效机理以及失效形式转化过程。结果表明,小药量内部爆炸时,砌体墙的主要失效形式为弯曲导致的墙面开裂。随着药量增加,墙体边界在首道冲击波反射超压作用下发生以剪切变形为主导的失效。而在大药量条件下,首道冲击波超压使砌体墙材料达到极限抗压强度而发生压溃失效。研究结果可为砌体墙结构毁伤评估与防护设计提供技术参考。     

基于有效冲量的水下爆炸冲击波对平板结构的毁伤准则

为了准确评估水下爆炸冲击波对平板结构造成的毁伤效果,提出以有效冲量作为毁伤准则的威力参量类别,并给出了考虑球面波斜入射效应的平板结构有效冲量计算方法。新准则通过动量守恒方程计算得到的平板结构实际获得冲量对比毁伤效果,表现为冲击波峰压、时间常数以及板结构特征参数的联合形式。借助数值模拟与文献数据,对比分析了准则的准确度和适用性。结果表明：相对于冲击波峰压、比冲量、能流密度等单一威力参量,新毁伤准则在评估平板结构的毁伤程度时误差更小;在对比不同炸药毁伤威力以及预估未知工况毁伤效果两种应用场景中,新准则的相对误差均在10%以内。新提出的毁伤准则用于对比和评估水下爆炸冲击波对板结构的毁伤效果时具有良好的通用性。     

爆炸冲击波作用下预制孔靶板塑性变形规律的研究

利用非线性动力学软件AUTODYN,对爆炸冲击波作用下无孔及预制孔靶板的塑性变形进行了数值模拟,获得了不同孔数、孔径情况下靶板中心点挠度的变化规律;设计了模型实验,其结果与数值结果符合较好;并以爆炸冲击波作用下无孔靶板中心点挠度计算公式和数值计算结果为基础,通过拟合给出了预制孔靶板中心点挠度与孔密度、孔径之间的函数关系,该关系可为有孔平板目标的毁伤评估及破片、冲击波对平板目标联合毁伤研究提供参考。     

反恐中微差控爆破门实验研究

 在解救人质或追捕恐怖分子时,需要利用炸药炸开门体或者墙体开辟一条快速通道,通常采用集团装药或多点药包同时起爆的方法进行爆破,但产生的冲击波超压值过高,很容易对反恐人员造成不必要的伤害。采用多点延时起爆方法进行微差控爆破门,与其它方法相比,在相同药量和距离下可以降低空气冲击波的超压峰值,从而有效避免冲击波对反恐人员的伤害。实验研究结果表明,防盗门中的膨胀螺栓可以作为破门弱点进行毁伤。通过实验,得到了破门的合理药量,利用不同药量下的冲击波超压值计算出了反恐人员的安全距离。     

新型结构炮口制退器的膛口冲击波数值研究与性能分析

面向炮口制退器综合性能设计需求,基于增材制造技术优势,提出了一种叠加冲击式内壁与反作用式外孔特征的新型小口径轻金属炮口制退器方案。基于三维无黏Euler方程,建立了后效期火药气体排空过程的有限元仿真模型,通过膛口流场仿真与流固耦合分析,研究了膛口流场发展、膛口冲击波与超压分布特征、制退器效率与其强度性能。结果表明:相比于传统结构,采用同种轻质钛合金材料的新型制退器具有较高的制退效率,对于机载平台具有较优的膛口超压分布特征和低冲击波危害效应,并且结构强度满足使用要求。     

泡沫增强复合材料点阵夹芯梁抗冲击性能

基于考虑分层失效和渐进损伤的三维Hashin失效准则,对复合材料点阵夹芯梁结构及其泡沫增强夹芯结构开展了局部冲击加载下的数值模拟分析,研究了冲击强度及泡沫增强效应对复合材料点阵夹芯梁结构抗冲击性能的影响。通过与实验的对比分析,验证了数值模型的有效性。结果显示,冲击强度的变化对结构的动态响应、失效模式及能量耗散形式都有明显的影响。泡沫增强效应使结构的横向变形响应速度降低,并且随着冲击强度的增加尤为敏感。泡沫芯材的压缩和开裂失效使得结构保持良好的完整性和更低的损伤程度,有效地降低了其他组分的能量吸收比,表明泡沫填充有效地提升了复合材料点阵梁结构在局部冲击载荷作用下的防护效能。     

爆炸冲击波在仿桥梁结构内传播的数值模拟

桥梁作为交通枢纽中的重要关卡,受到强冲击载荷作用后的毁伤效果一直是国内外关注的热点问题。炸药爆炸是对其进行毁伤的最为有效的手段之一,研究爆炸冲击波在桥梁结构中的传播规律对桥梁结构抗爆设计和爆炸事故救援具有至关重要的作用。为此,搭建了桥梁的局部结构并进行爆炸毁伤实验,为数值模拟研究提供数据参考。采用自主开发的三维爆炸与冲击问题仿真软件EXPLOSION-3D对仿桥梁结构的爆炸冲击波传播问题进行了数值模拟研究。将数值模拟结果与实验结果进行对比,验证了数值算法的有效性;进一步通过对比不同位置处的压力时程曲线来分析爆炸冲击波在仿桥梁结构中的传播规律,并分析了炸药在不同位置处爆炸和不同当量炸药爆炸对桥梁结构毁伤的影响规律。基于数值仿真结果,得到了给定工况下炸药对仿桥梁结构内的人体和车辆的毁伤程度。最后,通过对比分析不同工况的数值模拟结果,从仿真的角度给出了安全预防建议。     

核爆聚变电站发电时的冲击波超压传播规律

 核爆聚变电站在发电时会产生冲击波,其超压传播规律是核爆聚变电站洞壁设计的重要基础。现有公式在描述冲击波峰值超压时存在一定的不足（如相对误差大等）。通过理论分析得到新的冲击波峰值超压公式、正压作用时间τ₊和冲击波传播系数ω,最终得到冲击波超压的传播规律。通过对比分析表明,新公式比现有公式更加适合求解核爆聚变电站发电时所产生的冲击波峰值超压。     

基于数值仿真船体结构毁伤测点布设方法研究

为有效测量水下爆炸作用下船体结构的毁伤程度,优化测点布设,建立了典型舰船有限元模型,运用大型有限元分析软件ABAQUS提供的声固耦合方法,对船体结构在爆炸载荷作用下的冲击响应进行仿真。依据数值仿真结果,分析船体结构薄弱环节,并将这些薄弱环节作为重点测量部位,结合工程实践和海上试验经验,在准确测量结构毁伤的基础上,合理布设传感器测点,研究设计了水下爆炸作用下船体结构毁伤测点布设方法。经海上爆炸试验验证,数值仿真结果与试验测试结果吻合良好,该毁伤测点布设方法设计合理。     

基于柴油机ω型燃烧室缸内激波的活塞破坏研究

以二维数值模拟为基础,研究柴油机ω型燃烧室内的冲击波发展震荡过程,得到作用于活塞不同位置处的超压分布.模拟结果表明:由于燃烧室结构的独特性,导致冲击波能在特定区域进行汇聚,致使该区域超压明显高于其他区域.将该模拟结果与实际破坏失效的活塞进行对比,发现冲击波汇聚区域往往就是活塞被破坏的地方.数值模拟结果和实际破坏结果得到了很好的吻合.这为揭示柴油机活塞因爆震出现而造成的破坏机理以及燃烧室抗爆震结构形状设计提供了理论基础.     

裸爆和特制半球形结构内爆超压对比实验研究

 爆炸焊接过程会产生爆炸地震、冲击波、有毒气体和噪音等有害效应。设计并制作一个直径为36 m、入口和排烟口直径分别为8 m的半球形结构,用以降低爆炸焊接过程中产生的超压影响。为了研究实际超压降低效果,进行了裸爆和按1/6比例建立的半球形结构内爆炸的超压对比实验。实验结果表明：当超压的传播距离大于20 m时,这种半球形结构能有效降低爆炸焊接过程中产生的超压;对于相同的超压传播距离,切线方向（垂直于半球形结构入口方向）比径向方向（半球形结构入口方向）的超压降低效果好。结合冲击波的传播和反射特点,对超压降低的可能原因进行了分析。     

"三明治"靶型在间接驱动冲击波实验中的应用

间接驱动方式具有提供更高冲击波压力的潜力,对冲击波物理研究来说是一种很好的驱动方式.针对间接驱动下X射线离化对透明窗口造成的致盲问题,提出了新的"三明治"靶型结构,以完成间接驱动下冲击波实验.该靶型可以用两种方法避免致盲效应对实验的干扰.一种方法是从时间上避开致盲效应,使致盲效应与冲击波测量区错开,从而获得冲击波数据.另一种方法是从强度上屏蔽X射线,将X射线阻挡在透明材料之前,使其不能产生致盲效应.对单冲击实验而言,用增加烧蚀层厚度的方法,将X射线离化效应与冲击波信号从时间上错开,获得了蓝宝石和石英晶体中冲击波实验的结果.用增加阻挡层的方法,获得了间接驱动条件下石英晶体和聚苯乙烯材料中的冲击波实验结果.提出的"三明治"靶型,为间接驱动条件下状态方程和冲击波调速技术提供了技术支持. 关键词： 冲击波 光学诊断 离化效应 干涉仪     

深水爆炸冲击波作用下圆柱壳动态响应影响因素的数值模拟研究

 运用通用有限元程序ABAQUS,对圆柱壳在深水爆炸冲击波作用下的动态响应进行了数值模拟,研究了圆柱壳所处深度、爆心方位和预应力对于圆柱壳动态响应的影响。研究结果表明：在同样的水下爆炸冲击波作用下,随着深度的增大,圆柱壳的毁伤逐渐加重,而且响应过程中的变形逐渐增大,低频响应阶段的速度曲线趋于平坦;爆距不变时,不同的爆心方位在不同深度上的毁伤效果存在一定差异;预应力的存在使圆柱壳的毁伤加重,并且预应力对圆柱壳动态响应的影响与爆心方位有关。研究结果对于潜体结构的生命力评估具有一定参考价值。     

高功率电磁脉冲对无人飞行器的毁伤破坏

高功率电磁脉冲干扰甚至损毁无人飞行器是应对小型无人飞行器威胁的一种非常有效的办法,高功率电磁脉冲对无人机系统进行干扰和毁伤主要通过前门耦合和后门耦合的方式。完成了高功率电磁脉冲对无人飞行器的毁伤破坏实验,完成了无人机在电磁脉冲源毁伤作用下的目标易损性分析,根据毁伤效果将高频电磁脉冲对无人飞行器毁伤等级分为三级,即干扰级、毁伤级、失效级。分析了电磁脉冲作用的主要目标元件,结果表明,无人飞行器最有可能受干扰的部分为接收机和电子调速器。在相关研究和实际应用时,应着重研究电磁脉冲对无人飞行器的接收机和电子调速器的毁伤破坏,根据接收机和电子调速器内部的电路结构来确定毁伤最佳频率。     

不同起爆方式对含铝炸药水中爆炸近场冲击波压力的影响

 采用SJZ-30和GSJ-15型高速扫描相机,对端面点起爆、侧边点起爆和中心点起爆方式下,HLZY-1含铝炸药水中爆炸近场冲击波传播过程进行了实验观测,通过数字化方法得到了炸药近场冲击波沿狭缝方向的扫描曲线和冲击波压力变化曲线。研究表明,起爆方式对炸药水中爆炸初始冲击波峰值压力以及近场冲击波峰值压力的衰减有重要的影响。研究结果可以为水中兵器战斗部的设计以及毁伤效能评估提供参考。     

辐射驱动实验中预热对冲击波速度诊断的影响

使用主动式任意反射面速度干涉仪进行了平面靶预热膨胀量的观测,并对间接驱动下不同能量和靶型的预热膨胀量进行了计算。实验发现,在5 kJ单端驱动的激光能量作用下,平面样品后界面的膨胀量可达2.1 m左右。优化靶设计后,在冲击波速度测量实验中使用双端驱动方式,通过测量膨胀量修正台阶厚度,可以获得更加精确的动态台阶厚度值。结合精确获得的冲击波传输时间,在匀速传输的条件下可以获得高精度的冲击波传输速度值。该方法在辐射驱动超高压条件下具有很好的适用性,可以为状态方程实验提供高精度的冲击波速度数据。     

辐射驱动实验中预热对冲击波速度诊断的影响

使用主动式任意反射面速度干涉仪进行了平面靶预热膨胀量的观测,并对间接驱动下不同能量和靶型的预热膨胀量进行了计算。实验发现,在5kJ单端驱动的激光能量作用下,平面样品后界面的膨胀量可达2.1μm左右。优化靶设计后,在冲击波速度测量实验中使用双端驱动方式,通过测量膨胀量修正台阶厚度,可以获得更加精确的动态台阶厚度值。结合精确获得的冲击波传输时间,在匀速传输的条件下可以获得高精度的冲击波传输速度值。该方法在辐射驱动超高压条件下具有很好的适用性,可以为状态方程实验提供高精度的冲击波速度数据。     

地面爆炸冲击波的相互作用

为了研究多点同步地面爆炸冲击波的相互作用,通过改变装药质量组合和布局,利用空中爆炸测量系统对2点和3点地面同步爆炸进行了试验研究,并利用冲击波与刚性壁面碰撞理论计算了2个冲击波相互作用的冲击波压力和冲量。结果表明:多个装药同步爆炸时,冲击波超压和冲量都显著增加,大大提高了装药爆炸威力。装药总质量相同时,炸药的组合数量越多,冲击波超压和冲量越高,不同布局的装药,冲击波超压和冲量的增加量也不同。冲击波与刚壁的碰撞模型可以用来近似计算2个同等强度冲击波的相互作用。     

高压气体载荷下预制破片与空气冲击波的运动关系

冲击波与破片的运动关系直接决定两者对目标的联合毁伤效果,采用有限体积方法和网格自适应技术,对高温高压气体载荷作用下圆形刚体破片的运动规律、冲击波的衰减规律以及两者的运动关系进行了数值模拟研究。结果表明,高温高压气团形成的冲击波与破片作用发生反射和透射,在破片前后形成的压力差是导致其加速的主要原因。在破片数量一定的情况下,破片距离高温高压气团中心越远,初速越小。当破片与高温高压气团中心的间距相同时,破片数量越多,初速越大。同时研究发现,冲击波与刚体球存在复杂的追逐关系:当初速较大时,破片和冲击波相遇两次;初速减小时,二者相遇一次;初速进一步减小时,二者不能相遇。冲击波与刚体球破片的前后关系将会影响它们对目标的毁伤是否存在耦合关系。     

运动装药空中爆炸冲击波特性研究

利用AUTODYN对不同速度装药的空中爆炸冲击波场进行数值计算,定量研究运动装药空中爆炸冲击波场特性。仿真结果表明:装药速度对冲击波场的时空分布有较大影响,爆炸初期冲击波场的移动速度和位移与装药速度正相关;动爆冲击波场为空间非均匀分布,超压值随着与装药运动方向夹角的增大近似呈余弦变化,由大于静爆超压值逐渐降低为小于静爆超压值,且变化幅度均随装药速度的增加而增大。最后,分析了动爆与静爆冲击波场的关联特性,建立了动爆冲击波超压的工程计算模型,模型计算结果与动爆试验结果及仿真计算结果吻合较好。